一种双敏感元件壁面压力传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于爆炸冲击波超压场测量技术领域，具体涉及一种双敏感元件壁面压力传感器。
【背景技术】
[0002]在空中爆炸或水中爆炸冲击波超压场中测量作用在构件表面的冲击波超压或测量冲击波掠过地面反射后形成的地面超压时，必须测量冲击波压力场壁面压力；目前测量冲击波压力场壁面压力的方法主要有压力罐法和壁面压力传感器电测法，压力罐法应用测量反复注入液体水的体积来推测膜片变形量，进而估算冲击波超压结果，测量难以精确可靠，更难以完成快速实时准确测量。国内生产的壁面压力传感器以压电陶瓷为压电晶体为主，压电陶瓷压电性强、介电常数高、可以加工成任意形状，但机械品质因子较低、电损耗较大、稳定性差，适合于大功率换能器和宽带滤波器等应用，但对高频、高稳定应用不理想。石英晶体的压电单晶压电性弱，介电常数很低，受切型限制存在尺寸局限，但稳定性很高，机械品质因子高。测量冲击波超压的石英晶体压电压力传感器主要源于国外进口，价格昂贵。
[0003]在野外爆炸试验中，要求壁面压力传感器必须具有以下一些性能:
[0004](1)足够宽的量程，如上限量程为200MPa，下限量为0.5MPa ；
[0005](2)足够高的灵敏度，如 40pc/MPa ?200pc/MPa ；
[0006](3)灵敏度非线性，如彡1%
[0007](4)足够低的温度漂移，如0.01pc/oC?0.001pc/oC ；
[0008](5)工作温度，如-20 V?60 V
[0009](6)具有对水密封的性能。
【发明内容】
[0010]有鉴于此，本发明的目的是提供一种双敏感元件壁面压力传感器，用于测量壁面冲击波的压力或掠过地表面冲击波的压力。
[0011]本发明是通过下述技术方案实现的:
[0012]—种双敏感元件壁面压力传感器，包括:垫片、芯电极、弹性元件、绝缘套1、支撑芯杆、壳体、绝缘套I1、芯杆、输出壳体、绝缘套II1、压电元件1、压电元件II和导线；
[0013]所述弹性元件为一端开放的圆柱形壳体，
[0014]所述支撑芯杆为阶梯型圆柱，在支撑芯杆大直径段的端面开有圆形盲孔；
[0015]所述壳体为带轴向通孔的圆柱；
[0016]所述绝缘套II为一端开放一端封闭的圆柱套；
[0017]所述芯杆为阶梯型圆柱；
[0018]所述输出壳体为带轴向通孔的阶梯型圆柱，圆柱的内圆周面设有台阶面；
[0019]其连接关系如下:壳体的外圆周面与输出壳体大直径段的内圆周面连接，绝缘套III固定在输出壳体小直径段的内圆周面；支撑芯杆套装在壳体的内圆周面上，支撑芯杆的小直径段位于远离输出壳体的一端；绝缘套II套装在支撑芯杆的盲孔中，芯杆的大直径段与绝缘套II的内圆周面孔轴配合安装，芯杆的小直径段与绝缘套III的内圆周面孔轴配合安装，支撑芯杆的端面、绝缘套II的端面及芯杆的台阶面均抵触在输出壳体的台阶面及绝缘套III的端面形成的环形台阶面上；
[0020]绝缘套I套装在支撑芯杆小直径段外圆周面和壳体的内圆周面形成的环形间隙中，压电元件1、芯电极、压电元件II及垫片依次套装在绝缘套I的内圆周面，其中，压电元件I的端面抵触支撑芯杆小直径段的端面；弹性元件固定在壳体的外圆周面上，且垫片的端面抵触在弹性元件封闭端的内表面，绝缘套I的端面与弹性元件封闭端的内表面之间留有间隙；导线的一端通过焊接固定在芯电极上，另一端通过焊接固定在芯杆上。
[0021]进一步的，所述垫片、芯电极、压电元件I及压电元件II均为圆板；所述压电元件
I和压电元件II为敏感元件。
[0022]进一步的，所述弹性元件的内圆周面加工有内螺纹；所述壳体的两端均设有外螺纹；所述输出壳体的小直径段加工有外螺纹，圆柱的大直径段加工有内螺纹；壳体的两端分别与输出壳体及弹性元件的连接方式为螺纹连接。
[0023]进一步的，所述绝缘套III的外圆周面设有台阶面；绝缘套III的台阶面抵触在输出壳体内圆周面的台阶面上。
[0024]进一步的，还包括:密封垫圈，密封垫圈套装在壳体外圆周面，且密封垫圈的端面抵触输出壳体大直径段的端面。
[0025]进一步的，芯杆的小直径段开有沿其轴向的圆形盲孔及矩形盲孔，其中圆形盲孔的开孔长度大于矩形盲孔的开孔长度，矩形盲孔的两侧贯穿芯杆的外圆周面，在芯杆大直径段的外圆周面开有径向通孔。
[0026]进一步的，所述垫片、芯电极、弹性元件、芯杆的材料均采用磷青铜；绝缘套1、绝缘套I1、绝缘套III的材料均采用聚四氟乙烯；支撑芯杆、壳体、输出壳体的材料均采用不锈钢；压电元件I和压电元件II的材料均采用石英；导线为耐高温导线。
[0027]其安装工艺流程为:(1)将壳体的外圆周面通过螺纹安装在输出壳体大直径段的内圆周面，但并不将壳体与输出壳体锁紧；
[0028](2)将导线的一端焊接在芯电极的焊点上；
[0029](3)将绝缘套I套装在支撑芯杆小直径段的外圆周面，将压电元件1、带导线的芯电极、压电元件II及垫片依次套装在绝缘套I的内圆周面；
[0030](4)将绝缘套I1、芯杆依次安装在支撑芯杆的大直径段的盲孔中；
[0031](5)将导线的另一端焊接在所述焊孔中；
[0032](6)将绝缘套III套装在输出壳体小直径段的内圆周面；
[0033](7)将带绝缘套1、压电元件1、导线、芯电极、压电元件I1、垫片、绝缘套II及芯杆的支撑芯杆套装在壳体内圆周面，并将芯杆的小直径段套装在绝缘套III中；
[0034]将件不锈钢支撑芯杆装配在件不锈钢内并与件L不锈钢输出接口合在一起，再紧固件磷青铜和件不锈钢壳体，
[0035](8)将弹性元件固定在壳体的外圆周面；
[0036](9)将壳体与接口壳体锁紧。
[0037]工作原理:将本发明的传感器安装在被测构件或与测点附近的地面上，且使弹性元件封闭端的外表面与被测构件的上表面平齐，或与测点附近的地表平齐，芯杆的盲孔与低噪声电缆的插头连接；
[0038]当进行野外爆炸试验时，被测构件表面的受到爆炸的冲击波压力或冲击波掠过地面反射后的压力同时作用在与被测构件或地表平齐的传感器的弹性元件上，弹性元件将受到的压力通过垫片传递给芯电极两端的压电元件I及压电元件II，由于支撑芯杆固定不动，因此，压电元件I及压电元件II的一端均受到垫片的向靠近芯杆的作用力，压电元件I及压电元件II的另一端均受到支撑芯杆的向靠近垫片的支撑作用力，压电元件I及压电元件II受挤压将压力转换为电信号，通过芯电极传递给芯杆，芯杆将电信号传递出去。
[0039]有益效果:(1)本发明的弹性元件将受到的压力传递给两个压电元件，通过两个压电元件受挤压将压力转换为电信号使得传感器具有足够宽的量程、足够高的灵敏度、足够低的温度漂移性能、足够宽的工作温度范围和对水密封性能。
[0040](2)本发明由垫片、芯电极和两个压电元件组成的压电测试结构可实现高于单个压电元件50%电荷量采集，有利于测试远场小信号的冲击波超压。
【附图说明】
[0041 ] 图1为本发明的组成结构图。
[0042]图2为本发明的绝缘套I的结构图。
[0043]图3?5为本发明的支撑芯杆的结构图。
[0044]图6为本发明的绝缘套II的结构图。
[0045]图7为本发明的芯杆的结构图。
[0046]其中，1-垫片，2-芯电极，3-弹性元件，4-绝缘套I，5_支撑芯杆，6-密封垫圈，7-壳体，8-绝缘套II，9-芯杆，10-输出壳体，11-绝缘套III，12-压电元件I，13-压电元件
II，14-导线。
【具体实施方式】
[0047]下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
[0048]本发明提供了一种双敏感元件壁面压力传感器，参见附图1，包括:垫片1、芯电极
2、弹性元件3、绝缘套I 4、支撑芯杆5、密封垫圈6、壳体7、绝缘套II 8、芯杆9、输出壳体10、绝缘套III 11、压电元件I 12、压电元件II 13和导线14 ;
[0049]所述垫片1、芯电极2、压电元件I 12及压电元件II 13均为圆板；所述压电元件I 12和压电元件II 13为敏感元件；芯电极2的外圆周面上设有凸台，所述凸台为焊点；
[0050]所述弹性元件3为一端开放的圆柱形壳体，弹性元件3的内圆周面加工有内螺纹；
[0051]参见附图2，所述绝缘套I 4为两端开放且侧面不封闭的圆柱套；
[0052]参见附图3?5，所述支撑芯杆5为阶梯型圆柱，在支撑芯杆5大直径段的端面开有圆形盲孔，在支撑芯杆5大直径段的外圆周面开有径向通孔及与径向通孔相通的凹槽，所述凹槽的长度方向与支撑芯杆5的轴向一致；
[0053]所述壳体7为带轴向通孔的圆柱，圆柱的两端均设有外螺纹；
[0054]参见附图6，所述绝缘套II 8为一端开放一端封闭的圆柱套，在圆柱套的外圆周面开有径向通孔；
[0055]参见附图7，所述芯杆9为阶梯型圆柱，芯杆9的小直径段开有沿其轴向的圆形盲孔及矩形盲孔，其中圆形盲孔的开孔长度大于矩形盲孔的开孔长度，矩形盲孔的两侧贯穿芯杆9的外圆周面，在芯